Flexibles Leitungselement für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen

Abstract

 Es wird ein flexibles Leitungselement (1) für Abgaslei­tungen von Kraftfahrzeugen angegeben mit einem Balg (2) aus Metall und einem koaxial in diesem angeordneten Metallschlauch (5), dessen Außenquerschnitt kleiner als der licht Innenquerschnitt des Balges (2) ist. Dabei ist der Balg (2) mit zylindrischen Enden versehen, deren In­nendurchmesser kleiner als der lichte Innenquerschnitt des Balges (2) ist, es entspricht ferner der Außenquer­schnitt des Metallschlauches (5) dem lnnenquerschnitt der Balganschlußenden (3) und es sind die Balganschlußenden (3), die Endstücke des Metallschlauches (5) und ggf. von außen auf die Balganschlußenden (5) aufgesetzte Stützteile (7) derart radial miteinander verpreßt, daß die Endstücke des Metallschlauches (5) unter Zusammendrücken des Metall­schlauchprofils sowie Überwindung der Toleranz gegen­über den Balganschlußenden (3) radial aufgeweitet sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraft­fahrzeugen mit einem schraubengängförmig oder ringge­wellten Balg aus Metall und einem koaxial in diesem angeordneten, ohne Dichtungseinlage gewickelten Me­tallschlauch, dessen Außenquerschnitt kleiner als der lichte Innenquerschnitt des Balges ist, wobei Balg und Schlauch an ihren jeweils gemeinsamen Enden zu einer Anschlußverbindung für eine weitergehende Rohrleitung vereinigt sind.

[0002] Ein derartiges Leitungselement ist beispielshalber durch die DE-OS 37 08 415 bekannt. Es wird in der Regel als Zwischenstück in die im übrigen starre Ab­gasleitung eingebaut, um Bewegungen und Schwingungen aufzunehmen und von der Weiterleitung an benachbarte Bauteile abzukoppeln, wie sie durch die elastische Lagerung der Antriebsmaschine, Erschütterungen des Fahrzeuges, temperaturänderungsbedingte Längenände­rungen etc. entstehen. Dabei gilt neben der Eigen­schaft der Flexibilität die Aufmerksamkeit der Frage der Wärmedämmung, der Schallabsorbtion und der Dicht­heit gegen Austritt von Abgasen, insbesondere in Ver­bindung mit Katalysatorfahrzeugen und verschärften Be­stimmungen hinsichtlich Schall- und Abgasemission.

[0003] Bei den bekannten Leitungselementen ist es nun so, daß mit den beiden Enden des Balges im wesentlichen zylindrische Anschlußstücke in Form von Hülsen oder Stutzen gasdicht durch Schweißen verbunden sind, in deren dem Balg abgewandten freien Ende das jeweilige Ende des Metallschlauches durch Schweißen festgelegt ist. Diese Konstruktion führt zu je einer Schweißnaht an den beiden Balgenden zu deren Verbindung mit den Anschlußstücken sowie einer weiteren Schweißnaht an jedem Ende des Metallschlauches zu dessen Verbindung mit dem jeweiligen Anschlußstück, wobei außerdem die Notwendigkeit der Anschlußstücke als solche auftritt. Damit ist insgesamt die bekannte Konstruktion aufwen­dig, in der Herstellung teuer und mit zahlreichen Ein­zelteilen zur Schaffung der Anschlußverbindung behaf­tet.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Leitungsele­ment der eingangs genannten Art einfacher und ferti­gungsgünstiger zu gestalten, damit dessen Gestehungs­kosten herabzusetzen und auch die Lebensdauer im Be­ trieb zu erhöhen.

[0005] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Balg mit zylindrischen Balganschlußenden versehen ist, deren Innendurchmesser kleiner als der lichte Innenquerschnitt des Balges ist und daß der mit seinem Außenquerschnitt im wesentlichen dem Innenquerschnitt der Balganschlußenden entsprechen­de Metallschlauch an seinen innerhalb der Balgan­schlußenden gelegenen und mit diesen bündig abschlie­ßenden Endstücken unter Zusammendrücken des Schlauch­profils und Ausgleich der Toleranzen gegenüber dem Innenquerschnitt der Balganschlußenden radial auf­geweitet ist. Dabei ist es vorteilhaft, daß auf die Balganschlußenden je ein zylindrisches Stützteil von außen aufgesetzt, mit dem zugeordneten Balganschluß­ende sowie Endstück des Metallschlauches radial ver­preßt und mit Balganschlußende über den Umfang mehr­fach durch Anheften verbunden ist.

[0006] Durch diese Bauform ist grundsätzlich die Notwendig­keit von Anschlußstücken in Form von Hülsen oder Stutzen, wie sie im bekannten Falle gegeben war, beseitigt. Vielmehr sitzen nun die Enden des Balges einerseits und des Metallschlauches andererseits im Ergebnis spiel frei bündig ineinander und sind ra­dial zu einem Verbund gepreßt, der stirnseits eine genügend massive bzw. dichte Abschlußkante bildet, um ohne Probleme an dieser Stirnseite mit dem je­weils weiterführenden Leitungsrohr verschweißt zu werden. Dabei kann dieses Ergebnis durch das ggf. vorhandene Stützteil weiter verbessert werden.

[0007] Die an sich nicht übliche und damit auch noch nicht bekannte Ausbildung des Balges mit Anschlußenden, deren Innendurchmesser kleiner als der lichte In­nenquerschnitt des Balges ist, gibt dabei die Mög­lichkeit, den Metallschlauch mit einem Außendurch­messer zu fertigen bzw. vorzusehen, der in einge­bautem Zustand keine Berührung mit den Innenkrem­pen der Wellen des Metallbalges hat, so daß hier verschleißbringende Berührungen bzw. gegenseitige Scheuerbewegungen nicht in Frage kommen bzw. auf­treten können.

[0008] Andererseits liefert die an den Enden erfolgte ra­diale Aufweitung des Metallschlauches die Möglich­keit des spiel freien Sitzes der Metallschlauchenden innerhalb der Balganschlußenden. Dabei ist diese radial Aufweitung des Metallschlauches nicht grö­ßer als das Maß, um das sich der Metallschlauch beim Zusammenquetschen seiner Profilierung bezüg­ich der Gesamtwandstärke verkleinern läßt ein­schließlich der Überwindung der geringen Toleranz zwischen Außendurchmesser des Metallschlauches und Innendurchmesser der Balganschlußenden, die erfor­derlich ist, um den Metallschlauch bei der Ferti­gung problemlos in den Balg einsetzen zu können.

[0009] Die Tatsache, daß der Balg im erfindungsgemäßen Falle einstückig, das heißt nahtlos in die aus seinem Material gebildeten Balganschlußenden über­geht, führt dazu, daß an den beiden Enden keine durch eine Schweißnaht oder dergleichen bedingten Spannungszonen auftreten können. Vielmehr ist die als flexibles Teil zur Verfügung stehende Länge des Balges auf ein Maximum gesteigert, wobei die Ausbildung der beiden Anschlußenden aus dem an sich dünnwandigen Balgmaterial auch dazu führt, daß das aus Metall schlauch, Balganschlußenden und ggf. Stützteilen gebildete Abschlußende des erfindungs­gemäßen Leitungselementes hinsichtlich seiner ins­gesamten radialen Wandstärke vergleichsweise dünn­wandig ausgebildet ist.

[0010] Dadurch, daß die Enden des Metallschlauches in den Balganschlußenden durch radiale Aufweitung festge­legt sind, erübrigen sich Distanzringe zwischen den Ende des Metallschlauches und den Balganschluß­enden, wie Sie normalerweise zur Überwindung der erwähnten Toleranz zwischen diesen beiden Teilen erforderlich wäre.

[0011] Durch die radiale Aufweitung der Metallschlauch­enden innerhalb der Balganschlußenden ergibt sich außerdem am Ende der jeweiligen radialen Aufwei­tung ein umlaufender Anschlag im inneren des Me­tallschlauches, der als Einsteckgrenze für eine weiterführende Rohrleitung gerade auch bei einer automatischen oder automatisierten Fertigung die­nen kann, wobei dann auf diesem jeweils eingesteck­ten Rohr die Stirnkante des erfindungsgemäßen Lei­tungselementes festgeschweißt werden kann.

[0012] Was die Ausbildung des auf den Balganschlußenden aufgesetzten Stützteiles betrifft, so kann dies ein an mehreren Stellen beispielsweise durch Punkt­schweißen festgelegtes Band sein. Zweckmäßig er­scheint es jedoch, das Stützteil als zylindrischen Stützring auszubilden, der sich durch geeignete Werkzeuge beim Verpressen des Anschlußendes im Durchmesser reduzieren läßt. Anschließend kann dann beispielsweise durch Punktschweißen eine Arre­tierung auf den Balganschlußenden stattfinden, da­mit der Stützring nicht bei der weiteren Handhabung unbeabsichtigt abrutschen und verloren werden kann.

[0013] Was die radiale Verpressung zwischen Balganschluß­ende, Endstück des Metallschlauches und Stützteil betrifft, so kann diese, wie bereits angedeutet, durch radial Querschnittsverminderung des Stütz­teiles gegeben sein. Gleichermaßen ist es aber selbstverständlich auch möglich, mit der Formän­derung des Stützteiles oder auch überhaupt für das Verpressen nur eine Aufweitung der Metall­schlauchenden in der erfindungsgemäßen Weise vorzu­nehmen. Dabei erscheint nur wesentlich, daß nach Mög­lichkeit an dem Querschnitt der Balganschlußenden keine größeren Änderungen vorgenommen werden, da der Balg üblicherweise aus dünnwandigem Material hergestellt ist und dementsprechend die Balgan­schlußenden auch von der zur Verfügung stehenden Materialmenge nicht besonders für nennenswerte Querschnittsänderungen geeignet sind.

[0014] Als Vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegen­standes hat sich eine Bauform erwiesen, die dadurch charakterisiert ist, daß die Endstücke des Metall­schlauches bezüglich deren radiale Aufweitung bei axial gestauchtem Zustand des Metallschlauches vor dessen Einsetzen in den Balg vorgepreßt sind. Diese Bauform führt zu einer besonders kompakten und sta­bilen Ausbildung der Metallschlauchenden, die somit auch hinsichtlich der Anbringung der Schweißverbin­dung gegenüber einer weiterführenden Rohrleitung ei­ne besondere Tragfunktion übernehmen können, wobei gleichzeitig eine gute Abstützwirkung für die Balg­anschlußenden gegenüber dem von außen aufgesetzten Stützteil gegeben ist, also bei dem Verpressen der Enden des erfindungsgemäßen Leitungselemente sehr kompakte und damit definierbare Verhältnisse vor­liegen.

[0015] Wie bereits gesagt, kann die erwähnte Aufweitung der Metallschlauchenden bei gestauchtem Zustand des Metallschlauches vor dem Einsetzen in den Balg stattfinden. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, beispielsweise den Metallschlauch in den Balg einzusetzen und dann den Metallschlauch zusam­men mit dem Balg axial zusammenzudrücken, um schließ­lich an den jeweils ineinandersteckenden Enden die Querschnittsänderungen sowie das Zusammenpressen des Metallschlauchquerschnittes und schließlich das Aufpressen des Stützteiles vorzunehmen. Die in diesem Zusammenhang als erstes erwähnte Lösungs­möglichkeit einer Vorfertigung des Metallschlauches erscheint jedoch im Augenblick zweckmäßiger. Dabei kann, und das gilt generell für alle erfindungsge­mäßen Bauformen, für den Metallschlauch eine Länge vorgesehen sein, die ihm im endgültig eingebauten Zu­stand eine solche zusammengeschobene Anordnung ver­leiht, daß er eine gewünschte Schwingungsdämpfung be­wirkt und/oder die axiale Verkürzung des insgesamten Leitungselementes durch dabei eintretende Blocklage des Metallschlauches begrenzt.

[0016] Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die ver­preßten bzw. vorverpreßten Endstücke des Metall­schlauches eine größere axiale Länge als die Balg­anschlußenden aufweisen, weil dadurch der Balg im Übergangsbereich zwischen Balgenden und Balgan­schlußenden besonders geschont wird.

[0017] Was diesen Übergangsbereich des Balges zu den Balg­anschlußenden betrifft, so erscheint es vorteilhaft, daß dieser Übergang in einer zwischen Außendurchmes­ser des Balges und lnnendurchmesser der Balganschluß­enden abgestuften Form ausgebildet ist. Dabei kann der Übergang eine im Außendurchmesser reduzierte, endständige Balgwelle aufweisen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß der Übergang ausgehend von der endständigen Balgwelle, die eventuell im Außendurchmesser reduziert ist, eine in Radialrich­tung stufenförmige abgesetzte Ausbildung der Balg­anschlußenden aufweist.

[0018] Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung, die in Fig. 1 ein er­findungsgemäßes Leitungselement in Seitenansicht, zur Hälfte axial geschnitten, und in den Fig. 2 bis 4 die vergrößerten Einzelansichten II bis IV gemäß Fig. 1 zeigt.

[0019] Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besteht das ins­gesamt mit 1 bezeichnete Leitungselement aus einem schrauben- oder ringförmig gewellten Metallbalg 2 mit zylindrischen Balganschlußenden 3, deren Innen­durchmesser kleiner als der Innendurchmesser der nach innen ragenden Balgwellen 4 ist.

[0020] In den Balg 2 ist ein schraubengangförmig gewik­kelter Metallschlauch, beispielsweise ein Agraff­schlauch 5 eingesetzt, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Balganschluß­enden 3 ist.

[0021] An den gemeinsamen Enden sind die Balganschlußen­den 3 und die Endstücke 6 des Metallschlauches 5 in Radialrichtung miteinander verpreßt, indem die Endstücke 6 unter Zusammendrücken des Wickel pro­files des Metallschlauches 5 radial aufgeweitet sind, wobei gleichzeitig ein eventuelles Radial­spiel des Metallschlauches 5 gegenüber dem Balg­anschlußenden 3 überbrückt wird. Gleichzeitig sind von außen auf die Balganschlußenden 3 gesetzte Stützteile in Form von Stützringen 7 radial im Querschnitt verringert, so daß sich insgesamt im Ergebnis aus Endstücken 6, Balganschlußenden 3 und Stützringen 7 ein fest zusammengedrückter Ab­schlußverbund ergibt, der zum Anschweißen an eine weiterführende Rohrleitung eine genügend massive und dichte Stirnkante bietet.

[0022] Durch die radiale Aufweitung der Endstücke 6 des Metallschlauches 5 ist gleichzeitig ein "Anschlag" 8 gebildet, der den Weg bestimmen kann, über den sich eine anschließende, hier nicht dargestellte Rohrleitung in das Leitungselement einstecken läßt. Damit ist gerade im Hinblick auf eine Serien­fertigung eine besonders maßhaltige Weiterverarbei­tung durch Verbindung mit anschließenden Leitungs­elementen sichergestellt.

[0023] Wie ferner aus der Zeichnung ersichtlich ist, geht der Balg 2 am rechten Ende über eine im Außendurch­messer reduzierte, endständige Balgwelle 9 in das Balganschlußende 3 über, womit ein besonders großer Querschnittssprung und die damit einhergehenden Belastungen vermieden sind.

[0024] Den gleichen Zweck dient es, wenn auf der linken Seite der zeichnerischen Darstellung eine ebenfalls im äußeren Durchmesser reduzierte, endständige Balg­welle 10 über eine in Radialrichtung stufenförmig abgesetzte Querschnittsform 11 in das Balganschluß­ende 3 übergeht.

[0025] Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Balg au­ßen durch ein Metalldrahtgeflecht 12 umgeben, das bei der Fertigung zwischen Balganschlußenden 3 und Stützhülsen 7 eingefangen und somit eingepreßt ist. Das Geflecht 12 bzw. der daraus gebildete Geflechts­schlauch dient bekannter Maßen der Verhinderung von unliebsamen Längenänderungen des Balges 2 unter me­chanischer Beanspruchung. Außerdem dient die Umflech­tung 12 dem mechanischem Schutz des Balges 2 vor Schlagbelastungen bzw. Verschmutzung sowie anderer­seits der Dämpfung von Resonanzschwingungen der Balgwellen.

[0026] Wie aus der Zeichnungferner ersichtlich, sind die Endstücke 6 des Metallschlauches 5 nicht nur durch radiales Verpressen aufgeweitet. Vielmehr ist die Ausbildung der Endstücke 6 gleichzeitig in einem Zustand vorgenommen, bei dem die Windungen des Me­ tallschlauches 5 axial zusammengedrückt sind. Auf diese Weise ergibt sich an den Endstücken 6 eine besonders dichte Materialpackung und damit eine hohe Stabilität.

[0027] Zur Herstellung der genannten Ausbildung kann der Metallschlauch 5 vor seinem Einsetzen in den Balg 2 bezüglich der Endstücke 6 in gestauchtem Zustand vorgefertigt sein. Andererseits besteht aber grund­sätzlich genausogut die Möglichkeit, den Metall­schlauch 5 in den Balg 2 einzustecken, um dann so­wohl Metallschlauch 5 als auch Balg 2 axial zu­sammenzudrücken und dann die Aufweitung der End­stücke 6 sowie deren Verpressen mit dem Balgan­schlußstücken 3 und den Stützringen 7 vorzunehmen.

[0028] Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß die "Anschlagkante" 8 und damit die Länge des Endstük­kes 6 größer als die axiale Länge der Balganschluß­enden 3 sein kann, wie dies in der Zeichnung auf der linken Seite des Metallschlauches 5 ersicht­lich ist. Diese Ausbildung führt zu einer beson­deren Schonung des benachbarten Endes des Balges 2.

[0029] Die Fig. 2 bis 4 zeigen in vergrößerter Form die Einzelheiten II bis IV aus Fig. 1. Dabei lassen die Fig. 3 und 4 erkennen, daß der Balg 2 auch als mehr­lagiger Balg ausgebildet sein kann. Soweit ein ra­dialer Abstand zwischen jeweiligem Stützring 7 und Geflechtsschlauch 12 ersichtlich ist, hat dies nur Bedeutung im Rahmen der durch die Zeichnung gegebenen Vereinfachung und soll die Dicke des Geflechtschlauches wiedergeben.

[0030] Fig. 2 zeigt noch die Mitte des Metallschlauches, wobei ersichtlich ist, daß der Metallschlauch eine soweit zusammengeschobene Lage im Einbauzustand ha­ben kann, daß er eine erhöhte Bewegungsdämpfung lie­fert und andererseits auch das Maß der axialen Zu­sammenschiebbarkeit und damit der axialen Verkür­zung des Leitungselementes bestimmen bzw. begrenzen kann.

Ansprüche

1. Flexibles Leitungselement für Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren bei Kraftfahrzeugen mit einem schraubengangförmig oder ringgewellten Balg aus Me­tall und einem koaxial in diesem angeordneten, ohne Dichtungseinlage gewickelten Metallschlauch, dessen Außenquerschnitt kleiner als der lichte Innenquer­schnitt des Balges ist, wobei Balg und Schlauch an ihren jeweils gemeinsamen Enden zu einer Anschluß­verbindung für eine weitergehende Rohrleitung ver­einigt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Balg (2) mit zylindrischen Balganschlußenden (3) versehen ist, deren Lnnendurchmesser kleiner als der lichte Innenquerschnitt des Balges ist und daß der mit seinem Außenquerschnitt im wesentlichen dem In­ nenquerschnitt der Balganschlußenden entsprechende Metallschlauch (5) an seinen innerhalb der Balgan­schlußenden gelegenen und mit diesen bündig abschlie­ßenden Endstücken (6) unter Zusammendrücken des Schlauchprofils und Ausgleich der Toleranzen gegen­über dem Innenquerschnitt der Balganschlußenden ra­dial aufgeweitet ist.

2. Leitungselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf die Balganschlußenden je ein zylindrisches Stützteil (7) von außen aufgesetzt, mit dem zugeord­neten Balganschlußende sowie Endstück des Metall­schlauches radial verpreßt und mit dem Balganschluß­ende über den Umfang mehrfach durch Anheften verbun­den ist.

3. Leitungselement nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stützteil als zylindrischer Stützring (7) ausgebildet ist.

4. Leitungselement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die radiale Verpressung zwischen Balganschluß­ende (3), Endstück (6) des Metallschlauches (5) und Stützteil (7) durch radiale Querschnittsverminderung des Balganschlußendes und/oder des Stützteiles gege­ben ist.

5. Leitungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Endstücke (6) des Metallschlauches (5) bezüg­lich deren radialer Aufweitung bei axial gestauchtem Zustand des Metallschlauches vor dessen Einsetzen in den Balg (2) vorgepreßt sind.

6. Leitungselement nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die vorverpreßten Endstücke (6) des Metall­schlauches (5) eine größere axiale Länge als die Balganschlußenden (3) aufweisen.

7. Leitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Übergang zwischen Balg (2) und Balganschluß­enden (3) in einer zwischen Außendurchmesser des Bal­ges und Innendurchmesser der Balganschlußende abge­stuften Form ausgebildet ist.

8. Leitungselement nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Übergang eine im Außendurchmesser reduzierte, endständige Balgwelle (9) aufweist.

9. Leitungselement nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Übergang ausgehend von der endständigen Balg­welle (10) eine in Radialrichtung stufenförmige abge­setzte Ausbildung (11) der Balganschlußenden (6) auf­weist.

10. Leitungselement nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Balg (2) von einem Geflechtsschlauch (12) aus. Metalldraht umgeben ist, und daß die Enden des Geflecht­ schlauches zwischen Balganschlußenden (3) und Stütz­teil (7) eingepreßt bzw. durch Punktschweißen fest­gelegt sind.

Zeichnung